JP4218172B2

JP4218172B2 - 溶融鉄合金の精錬方法

Info

Publication number: JP4218172B2
Application number: JP2000073667A
Authority: JP
Inventors: 尚志小川; 滋小倉; 浩関口; 英雄武
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: JP2001262214A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石灰（ＣａＯ）を含有する塩基性スラグを用いて溶融鉄合金を精錬し、不純物を除去する過程において、媒溶剤に蛍石及びその他ハロゲン化物を用いずに、所望組成の溶融鉄合金を得る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融鉄合金を精錬し、これに含有される燐や硫黄等の不純物を除去するには、形成される精錬滓（原料中の不純物や造滓剤等の合成物であり、以下、スラグという）の組成を精錬に有利な塩基性のものに調整するため、石灰（以下、ＣａＯという）を主体とした造滓剤が添加される。このＣａＯは、高融点であり、とりわけ塩基性の高いスラグでは、溶解が不十分なことがあり、精錬終了後に未滓化状態でスラグ中に残ることがある。その未滓化ＣａＯは、溶融鉄合金との反応性が乏しいため、従来は、蛍石等の媒溶剤（造滓剤の溶解を促進する作用を果たす物質）を造滓剤と併用し、ＣａＯの滓化促進を図っていた。なお、蛍石は、主成分がＣａＦ₂であり、造滓剤の滓化（溶解）に寄与するばかりでなく、精錬過程で生じたスラグに流動性を賦与し、スラグと溶融鉄合金との反応を促進するのに有効な物質である。ところが、蛍石は、資源が枯渇する方向にあり、また、精錬容器内張り耐火物の溶損を促進する傾向もあるので、近年、その使用を制限するか、あるいは蛍石をまったく使用せず、代替物質に置き換える精錬技術の研究が行なわれたことがあった（例えば、第３版、鉄鋼便覧、第２刊、製銑・製鋼、日本鉄鋼協会編、丸善株式会社出版、４６５〜４７５頁参照）。
【０００３】
しかしながら、蛍石をまったく使用せずに溶融鉄合金の精錬を行うと、スラグと溶融鉄合金間の反応性が乏しくなり、溶融鉄合金の不純物除去が不十分になるという問題を完全に克服するには至らず、蛍石を使用しない精錬技術は、未だ確立されていない。しかし、最近は、政府の環境基準の見直しから、弗素を含有したスラグの環境への影響についても配慮が必要になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、螢石を使用せずに不純物を所望の含有量まで除去可能な溶融鉄合金の精錬方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため、精錬反応に有効な滓化ＣａＯ量をＣａＯ自体で補完するという今までに試みられたことのない着眼点に基づき鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。
【０００６】
すなわち、本発明は、塩基性スラグを用いて溶融鉄合金中の不純物を除去する溶融鉄合金の精錬方法において、ＣａＦ_２を含有するスラグを用いた過去の精錬でのスラグ中のＣａＦ₂含有率と石灰の滓化率との関係からスラグ中のＣａＦ₂含有率をゼロに外挿して得られる仮想滓化率Ｅcを求めると共に、これから精錬しようとするヒートの精錬条件から目的とする不純物成分除去率を達成するに要する滓化石灰所要量Ｗ₁を推定し、前記仮想滓化率Ｅｃ（単位、％）と滓化石灰所要量Ｗ₁とから下記式に基づいて添加すべき石灰量Ｗ₂を算出し、該Ｗ₂に基づいて石灰を含有する副原料の添加量を決定して精錬炉内に添加し、ハロゲン化物を用いないで精錬することを特徴とする溶融鉄合金の精錬方法である。
【０００７】
Ｗ₂＝１００×Ｗ₁／Ｅｃ
また、本発明は、前記溶融鉄合金が溶銑又は溶鋼であることを特徴とする溶融鉄合金の精錬方法であり、さらに前記精錬炉を転炉とすることを特徴とする溶融鉄合金の精錬方法である。
【０００８】
本発明では、蛍石を造滓剤の媒溶剤として併用していた過去の操業データを利用して滓化ＣａＯ量を定量的に把握し、蛍石を使用しない場合に生じる未滓化ＣａＯ分を補う量のＣａＯを追加投入するようにしたので、蛍石を使用せずに不純物含有量を所望のレベルにまで低減した溶融鉄合金を製造できるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至る経緯に沿い、本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
まず、発明者は、溶融鉄合金の精錬の例として、転炉での溶鋼の精錬におけるスラグ中石灰の滓化率と煤溶剤である蛍石の添加量との関係を、過去の操業データで詳細に調査した。ここに、石灰の滓化とは、スラグサンプル中の全ＣａＯ分の分析値に対して、この全ＣａＯ分から未滓化のＣａＯ分の分析値を除いた部分の比率（単位、％）であり、投入された全石灰分（生石灰、石灰石、ドロマイト等、石灰を含有する副原料のＣａＯ分の総和）に対する滓化した石灰分の比率を代表する数値である。その結果、図１に示す関係が得られた。この図１の関係を蛍石添加量がゼロになる位置に外挿したところ、石灰の滓化率はゼロ％ではなく、低いながらも溶鋼の脱燐や脱硫等の不純物を除去する精錬反応に寄与する滓化した石灰が存在する可能性があることがわかった。そこで、このような蛍石を使用せずとも存在するであろう滓化石灰を利用して精錬反応を行ない、所望のレベルまで不純物を低減した溶鋼を製造できると考え、以下に述べる本発明を完成させたのである。
【００１１】
本発明者は、脱燐反応や脱硫反応等、スラグ中のＣａＯが関与する溶融鉄合金の精錬反応が、スラグ中の滓化石灰量によって整理できることを見いだした。図２に脱燐反応の例を示す。すなわち、多くのヒートについて操業データを回帰したところ、スラグ中の滓化石灰量（ｋｇ／ｔｏｎ・ｓｔｅｅｌ）と溶鋼の脱燐率には概ね図示するような関係があることが分かった。すなわち、所望の脱燐率を得ようとするならば、図２の曲線からこれに必要な滓化石灰量Ｗ₁を知ることができる。
【００１２】
一方、蛍石を使用しないときの石灰の滓化率は、図1のＥｃによって与えられるから、（１）式によって、精錬時に添加すべき石灰（ＣａＯ）の量Ｗ₂（ｋｇ／ｔｏｎ・ｓｔｅｅｌ）を決定することができるのである。
【００１３】
Ｗ₂＝１００×Ｗ₁／Ｅｃ …（１）
なお、脱燐反応の場合には、図2に示すように、脱燐率はスラグ中のＦｅＯ含有量によっても変化する。転炉における脱炭精錬等の場合には、精錬条件によってスラグ中のＦｅＯが変化するが、脱炭終了時のＣ濃度［Ｃ］（ｍａｓｓ%）及び溶鋼温度Ｔ（Ｋ）によってこれを予測することができる。すなわち、転炉における脱炭精錬時の操業データを回帰することにより、例えば
ｌｎ（Ｔ．Ｆｅ）＝Ａ₁・ｌｎ［Ｃ］＋Ａ₂／Ｔ＋Ａ₃ …（２）
のような関係が得られる(ここに、Ａ₁、Ａ₂、Ａ₃は定数)。
【００１４】
従って、予め得られている上記（２）式によって、目標とする脱炭終了時のＣ濃度［Ｃ］および、溶鋼温度Ｔから脱炭終了時のスラグ中Ｔ．Ｆｅ濃度を予測し、そのＴ．Ｆｅ濃度について図2の関係から所要滓化石灰量Ｗ₁を求めることができる。
【００１５】
なお、（１）式で求まるＷ₂のＣａＯを添加するためのフラックスとしては、ほぼ１００%ＣａＯである生石灰の他に石灰石やドロマイト等も便用することができる。
【００１６】
また、上記では脱燐反応を例にとって説明したが、脱硫反応においても、滓化石灰量と脱硫率の回帰をとることによって、同じように所望の脱硫率を得るための石灰添加量を決定することができる。その際、脱硫反応は還元反応であるので、図２に相当する脱硫率と滓化石灰量の関係は、溶鋼中の酸素活量かスラグ中のＴ．Ｆｅ含有量を還元性のパラメータとして層別して回帰するのが良い。
【００１７】
【実施例】
図３に示す高炉１から出銑された溶銑３をトピードカー４に受銑し、溶銑予備処理工程１２で脱燐剤を吹き込み、溶銑予備処理した。２８０トンの底吹き転炉９で、前記予備処理を施して表１の組成にした溶銑を主原料とし、極低炭素、低燐溶鋼を多数チャージ溶製した。その際、蛍石を用いない本発明に係る製鋼方法と蛍石を用いる従来の製鋼方法の両者を採用した。また、造滓剤には生石灰（ＣａＯ）、炉壁保護材には軽焼ドロマイトを使用したが、それらの使用量を、本発明と従来法の場合で比較して表２に示す。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【表２】

【００２０】
溶銑３中の燐濃度は、０．０５質量％、溶鋼の目標燐濃度は０．０２質量％であり、従って目標とする脱燐率は、６０％であった。また、転炉での脱炭精錬終了目標のＣ濃度は、０．０４質量％、目標温度は１６２０℃であり、これらの値から、脱炭精錬終了時のスラグ中Ｔ．Ｆｅ含有量は、１５．２質量％と予想された。従って、図２から滓化石灰所要量Ｗ₁は、１４．７ｋｇ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌと予想された。一方、図１の関係から、螢石添加量が０ｋｇ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌの場合の滓化率Ｅｃは７０％であることが過去のデータの解析からわかっていたので、（１）式により
Ｗ₂＝１００×Ｗ₁／Ｅｃ＝２１（ｋｇ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌ）が得られた。
【００２１】
そこで、生石灰と軽焼ドロマイトをＣａＯ純分が２１ｋｇ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌになるように添加して精錬したところ、溶鋼の燐濃度は、表３に示すように、０．０２１質量％となり、螢石を使用した場合と同様の脱燐率を達成することができた。
【００２２】
【表３】

【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、蛍石を使用することなく、安定して所望組成の溶鋼が溶製できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】スラグ中ＣａＦ₂含有量と石灰の滓化率との関係を示す図である。
【図２】溶鋼の脱燐率と所要滓化石灰量との関係を示す図である。
【図３】本発明を実施した製鋼工程の一例を示す図である
【符号の説明】
１高炉
２出銑樋
３溶銑
４トピードカー
５脱燐用フラックス
６該フラックスの吹き込み用ランス
７酸素底吹き用羽口
８酸素
９転炉
１０スラグ
１１溶鋼
１２溶銑予備処理工程

Claims

塩基性スラグを用いて溶融鉄合金中の不純物を除去する溶融鉄合金の精錬方法において、
ＣａＦ_２を含有するスラグを用いた過去の精錬でのスラグ中のＣａＦ_２含有率と石灰の滓化率との関係からスラグ中のＣａＦ_２含有率をゼロに外挿して得られる仮想滓化率Ｅｃを求めると共に、
これから精錬しようとするヒートの精錬条件から目的とする不純物成分除去率を達成するに要する滓化石灰所要量Ｗ₁を推定し、前記仮想滓化率Ｅｃ（単位、％）と滓化石灰所要量Ｗ₁とから下記式に基づいて添加すべき石灰量Ｗ₂を算出し、該Ｗ₂に基づいて石灰を含有する副原料の添加量を決定して精錬炉内に添加し、ハロゲン化物を用いないで精錬することを特徴とする溶融鉄合金の精錬方法。
Ｗ₂＝１００×Ｗ₁／Ｅｃ
前記溶融鉄合金が溶銑又は溶鋼であることを特徴とする請求項１記載の溶融鉄合金の精錬方法。
前記精錬炉を転炉とすることを特徴とする請求項１又は２記載の溶融鉄合金の精錬方法。